Sur Mars, cet étrange nuage est dû à un phénomène physique unique dans le Système Solaire

Un nuage qui peut s’étirer sur 1 800 kilomètres apparaît régulièrement sur Mars, avant de disparaître. Depuis des années, les scientifiques cherchent à comprendre pourquoi, et une étude parue dans Nature Geoscience avance une explication inédite, fondée sur un mode de formation des nuages jamais observé jusqu’ici dans l’atmosphère d’une planète.

Sur Terre, les nuages prennent des formes très variées, qui laissent libre cours à l’imagination. Mais sur Mars, ces phénomènes sont plus rares et encore mal compris. Si plusieurs phénomènes nuageux ont déjà été repérés et étudiés, il y en a un qui sort du lot et qui fait l’objet d’une étude parue ce mercredi 7 octobre dans la revue Nature Geoscience.

Ce nuage a été surnommé AMEC, pour Arsia Mons Elongated Clouds. Il se forme sous le vent d’Arsia Mons, un volcan de 20 kilomètres de haut (plus du double de l’Everest), et peut s’étirer sur 1 800 kilomètres, soit près de deux fois la longueur du Royaume-Uni. Plus étonnant encore, le nuage suit un cycle régulier. Il apparaît le matin, s’évapore dans la journée et revient le lendemain, et ce pendant plusieurs mois, à chaque printemps et été de l’hémisphère sud martien.

Expliquer avec de la « physique exotique »

AMEC a été repéré pour la première fois en 2018 par la sonde européenne Mars Express. Les chercheurs l’ont ensuite retrouvé sur des images d’archives plus anciennes, jusque sur des clichés de la sonde Viking 2 de la NASA, dans les années 1970. Sa découverte a lancé plusieurs études sur son fonctionnement. Ces travaux ont établi qu’il s’agit d’un nuage orographique, un type de nuage qu’on observe aussi sur Terre et qui se forme quand le vent bute sur un relief, ici le volcan Arsia Mons. Mais jusqu’ici, aucune simulation ne parvenait à reproduire le nuage tel qu’il apparaît sur les images.

Pour y parvenir, les auteurs de l’étude ont utilisé un modèle météorologique de Mars de dernière génération, alimenté par les images des trois caméras de Mars Express.

L’auteur principal, Jorge Hernández-Bernal, du Laboratoire de météorologie dynamique (LMD/CNRS/Sorbonne Université), décrit la démarche dans un communiqué publié par l’Agence spatiale européenne (ESA) : « Pour recréer l’AMEC dans notre modélisation, nous avons dû inclure de la physique exotique… une physique qui, bien qu’elle figure dans les manuels, est traitée comme théorique et dont on pense généralement qu’elle ne se produit pas dans la nature. Elle n’avait en tout cas jamais été vue en action. »

Dans leur modèle, le nuage ne se forme pas comme sur Terre, lorsque la vapeur d’eau se condense autour de certains éléments comme du sel, du pollen ou de la poussière pour former des gouttelettes d’eau ou des cristaux de glace. Sur Mars, ce sont en général les poussières qui jouent ce rôle.

Dans le cas de l’AMEC, la vapeur se change directement en particules de glace, sans aucun support. Les physiciens parlent de nucléation homogène, par opposition à la nucléation hétérogène, qui a besoin de ces grains de poussière ou de sel. Jorge Hernández-Bernal précise : « C’est comme si des gouttes de condensation apparaissaient au milieu d’une pièce plutôt que sur une fenêtre. »

Des conditions jamais vues sur Terre ni ailleurs

Pour obtenir ce type de condensation, il faut une humidité relative extrême, plus de 100 000 fois plus élevée que celle que l’on connaît au quotidien sur Terre, d’après l’ESA. Des scientifiques avaient envisagé que ce mécanisme se produise dans la haute atmosphère de la Terre et de Vénus, mais personne ne l’avait jamais observé. Or, autour d’Arsia Mons, l’atmosphère très fine de Mars et la hauteur du volcan réunissent ces conditions à certaines périodes de l’année.

Quand le vent passe sur le volcan, le relief déclenche une puissante onde qui soulève des poches d’air humide de plusieurs kilomètres en quelques minutes. En montant, cet air se refroidit brutalement. La température ambiante baisse de 30 degrés en à peine 10 minutes tandis que le taux d’humidité monte en flèche. La vapeur d’eau se transforme en glace et forme ainsi le fameux nuage.

Les auteurs reconnaissent toutefois que certains aspects du nuage simulé ne collent pas exactement aux observations. Hernández-Bernal juge pourtant le résultat « remarquable », en rappelant qu’on dispose de bien moins de données sur l’atmosphère de Mars que sur celle de la Terre. Mars Express va continuer à suivre l’AMEC. Avec l’orbiteur européen ExoMars TGO, c’est l’une des rares sondes en orbite capables d’observer la planète le matin, au moment où le nuage se forme.

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